Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом
В настоящей статье исследован процесс образования эмульсии, ее устойчивость, электропроводность, а также влияние этих факторов на образование высокодисперсных металлических порошков....
Saved in:
| Published in: | Украинский химический журнал |
|---|---|
| Date: | 1983 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України
1983
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/182949 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом / О.А. Кацюк, Ю.И. Химченко, Т.И. Филь // Украинский химический журнал. — 1983. — Т. 49, № 9. — С. 948-951. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859946728228126720 |
|---|---|
| author | Кацюк, О.А. Химченко, Ю.И. Филь, Т.И. |
| author_facet | Кацюк, О.А. Химченко, Ю.И. Филь, Т.И. |
| citation_txt | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом / О.А. Кацюк, Ю.И. Химченко, Т.И. Филь // Украинский химический журнал. — 1983. — Т. 49, № 9. — С. 948-951. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Украинский химический журнал |
| description | В настоящей статье исследован процесс образования эмульсии, ее устойчивость, электропроводность, а также влияние этих факторов на образование высокодисперсных металлических порошков.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:14:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
захвату рабочим его участком олеиновой кислоты при прохождении
через ее раствор в толуоле (верхний слой). Возобновление адсорбции
способствует повышению поляризации и изменению условий формиро
вания металлических частиц. При медленном вращении на катоде фор
мируютен частицы анизотропной формы - ствол дендрита оказывает
ся значительно длиннее его боковых ветвей (см. рис. 1, ж). С увели
чением частоты вращения катода дендритные стволы становятся более
короткими, а ветви удлиняются (см. рис. 1, а). Частицы приобрегают
более тонкую структуру благодаря увеличению возможности адсорб
ции олеиновой кислоты при пребывании участка катода с растущей
частицей в органическом непроводящем слое. Эта же причина приво
дит К укорачиванию дендритных стволов - прерывание тока на дан
ном участке электрода, перешедшем в верхний слой из раствора элек
тролита, способствует блокированию фронта роста дендрита адсорби
ровавшимися молекулами олеиновой кислоты.
Таким образом, высокая дисперсность и развитая поверхность
электролитических осадков в двухслойной ванне являются следстви
ем возрастания необратимости электродного процесса за счет адсорб
ции оленновой кислоты на катоде и прямого влияния ее адсорбции на
растущие частицы. Вращение катода, повышающее катодную поляри
зацию И ирерываюшее кристаллический рост, благоприятствует фор
мированию тонких металлических порошков.
1. Прихладная электрохимия / Под ред. Н. Т. Кудрявцева.- М. : Химия, 1975.-551 с.
2. Нагансон Э. А1. Коллоидные метал.ПЫ.- К. : Изд-во АН УССР, 1959.-169 с.
З. Кабанов В. Н. Электрохимия металлов и адсорбция.-М. : Наука, 1966.-222 с.
4. Поличение высокодиспсрсного цинка и его каталитические свойства в реакциях
термического разложения перхлората аммония / Е. А. Ссрпучснко, О. д. Курилен
1(0, А. В. Архаров, М. В. Товбип, М. Н. Балакипа.- Укр. хим. журн., 1975, 41, NQ 3,
С.241-244.
5. Горбунова 1(. А1., Данков п. Д. Крисгаллохимический и диффузионный механизм
электрокристаЛЛllзации.- Жури. физ. химии, 1949, 23, NQ 5, с. 616-624.
6. Самарцев А. Г. О катодной пассивности серебра в растворах азотнокислой соли.
Докл. AI-I СССР, 1936,2, NQ 7, С. 478-481.
7. Желибо Е. П., Арюпина К. А., Нагансон э. М. Образование на катоде высоко
дисперсных цорошков железз.- Порошк. металлургия, 1973, Ni2, с. 14-19.
8. Элеклрокристллизоция меди в присутствии поверхпостпо-активных веществ /
Л'\. Н. Балакина, Е. А. Серпученко, о. Д. Куриленко, г. А. Анистратенко.- Укр,
хим. журн., 1978, 44, N2 1, с. 42-45.
9. Желибо Е. П,} Гречанюк В. г. О выделении тонких порошков висмута на пассиви
рованных электродах.ь- Порошк. металлургия, 1978, N2 6, с. 1-6.
Институт коллоидной химии и ХИМИИ воды
им. А. Н. ДумаискогоAI-I УССР, Киев
ьдк 541.18.056
Поступила 04.01.83
УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНОГО ЖЕЛЕЗА
ЭЛЕКТРОЭМУЛЬСИОННЫМ СПОСОБОМ
О. А. Кацюк, ю. И. Химченко, Т. и. Филь
в литературе описаны различные электрохимические способы получе
ния высокодисперсных порошков металлов, при использовании которых
наблюдается образование эмульсий [1-5]. Они, как правило, состоят
из органической жидкости, представляющей собой раствор ПАВ в рас
творитсле, и электролита и относятся к эмульсиям типа масло - вода.
Процесс образования эмульсии для проведения электролиза с целью
получения высокодисперсных порошков металлов не исследован. Изве
стно только, что при большой скорости вращения катода образуется
нетокопроводяшая эмульсия типа вода - масло и электролиз прекра
шается [2].
948 УКРАИНСКИй ХИМИЧЕСКИй ЖУРНАЛ, 1983, Т. 49, ,N'g 9
В настоящей статье исследован процесс образования эмульсии, ее
устойчивость, электропроводность, а также влияние этих факторов на
образование высокодисперсных металлических порошков.
Разработанный нами способ получения порошков металлов заклю
чается в предварительном приготовлении вне электролизера эмульсии,
непрерывном прокачивании ее через замкнутую систему, включающую
электролизер, с последующим электролизом этой эмульсии [6]. Для
приготовления эмульсии использовали толуольныи раствор олеиновой
I
ЗО
р.Ом-с»
30
20 ""'-'-_"""-'-_.---.J.__-...-__
О 10 2-7
200
!
50 100
; Jг
0,8
1
0,2
OL.--__....I....-__--&....__-&._~
150
О,
О
50
25
75
Рис.. 1. Зависимость концентрации дисперсной фазы: J - от объема электролита; 2
объема органической жидкости; 3 - концентрации оленновой }\ИС..лоты; 4 - скорости
прокачивапия эмульси.и.
Рис. 2. Зависимость удельного сопротивления эмульсии от конаситрации дисперсной
фазы: 1- экспериментальная кривая; 2 - рассчитанная Виннером: 3 -- Рслссм: 4
Бруггемапом.
кислоты (плотность 0,8 г/см3 ) и электролит, предсгавляюший собой
раствор хлористого железа (плотность 2,98 г/см3 , концентрация
100 г/л). Две несмешивающиеся жидкости поступали в зазор между
крыльчаткой центробежного насоса (скорость вращения 1500
4000 об/мин) и его неподвижным корпусом, где и происходило образо
вание эмульсии.
Поскольку эмульсия толуольного раствора олеиновой кислоты в
растворе хлористого железа типа масло - вода является типичным
примером сильно неустойчивой эмульсии, агрегативную устойчивость
се определяли по времени т, которое необходимо для ее полного рас
слаивания; для изучаемой эмульсии оно равно 35--40 с (расслаипание
осуществлялось в узком цилиндрическом сосуде с делениями после
прекращения прокачивания эмульсии).
Важпой характеристикой эмульсии является концентрация дисперс
ной фазы Ф. Ее определяли по количеству отделившейся в конце рас
слаивания органической жидкости от общего количества эмульсии и
выражали в процентах. Концентрация дисперсной фазы зависит от
объемов электролита и органической жидкости, их соотношения, ско
рости прокачивания эмульсии.
При соотношении объемов дисперсионной среды (водный раствор
FeC12 - 100 г/л) и дисперсной фазы (5 0/0-ный толуольный раствор
олеиновой кислоты), равном 1 : 1, 3: 4, 5: 4, концентрация дисперсной
фазы экспоненциально уменьшается (рис. 1, кривая 1). Если объем
дисперсной фазы превышает объем дисперсионной среды, образуется
нетокопроводящая эмульсия типа вода - масло, и электролиз в ней
вести нельзя. Изменение объема органической жидкости (при постоян
ном объеме электролита) не столь существенно сказывается на кон ..
центрации дисперсной фазы. Она сначала растет, а затем, при 200 мл
органической жидкости, - практически постоянна, что соответствует
горизонтальному участку кривой 2 на рис. 1. При дальнейшем увели ..
УКРЛИНСКIIР'f хпмичвскии )I(УРНЛЛ. 1983, т. 49. Ng 9 949
чснии объема органической ЖИДКОСТИ снова образуется обратная нето
копрсводящая эмульсия.
Существенное влияние на устойчивость эмульсии оказывает ско
рость вращения центробежного насоса и связанная с ней скорость те
чения образующейся эмульсии. Зависимость концентрации дисперсной
фазы от скорости прокачивания эмульсии имеет почти прямолинейный
характер (СМ .. рис. 1, кривая 4). Это объясняется тем, что с увеличе
нием числа оборотов центробежного насоса растут касательные напря
жсния и ценгробсжные силы, действующие на две несмешивающиеся
~
Рлс. 3. Элсктронпо-микроскопичсские
снимки порошков железа, полученных при
различной скоростп прокачиванпя эмуль
сип: а - 0,5; б - 0,8 м/с (Х20 000).
~
Рис. 4. Дифрактограммы порошков желе
за, полученных при оптимальных условиях
элсктролиза.
жидкости, вызывая ускоренный разрыв жидкой струи на капли и уве
личивая концентрацию дисперсной фазы в образующейся эмульсии.
Таким образом, нами получены концентрированные эмульсии с со
держанием дисперсной фазы 40 об. о/о (см. рис. 1). Размеры капелек
эмульсии находятся в пределах 0,1-1 мкм и выше. Поскольку толуоль
ный раствор оленновой кислоты и хлористое железо значительно раз
личаются по плотности, то полученные концентрированные эмульсии
легко разрушаются без перемешивания и прокачивания. Поэтому в
разработанном нами методе предусмотрено обязательное непрерывное
перемешивание органической жидкости и электролита до образования
эмульсии и прокачивание последней с определенной скоростью через
замкпутую систему.
Как известно [7, 8], на агрегативную устойчивость эмульсий силь..
нес всего влияют природа и количество эмульгатора. Взятая нами олеи
нона}! кислота не является эмульгатором и выполняет роль ПАВ: бла
годаря адсорбции на частицах металла во время электролиза она лио
филизируег их поверхность [1-6]. С увеличением содержания олеино
вой кислоты в органической жидкости на три порядка объемная доля
дисперсной фазы возрастает в 1,5-3 раза (см. рис. 1, кривая 3).
Необходимым условием получения высокодисперсных металлов
является образование электропроводной эмульсии. Электропроводность
Ее зависит от концентрации электролита, соотношения электролита и
органической жидкости, а также от электрохимических факторов. Ха
рактеристикой электрической проводимости электролитов является
удельная электропроводность р [8]. Для ее определения по стандарт
нои методике [9] измеряли сопротивление эмульсии и постоянную со
суда Кс (Кс = 0 ,65 CM-1). Измеряли сопротивление движущейся эмуль
сии, поскольку, как отмечалось выше, без прокачивания и перемеши
вания время жизни ее очень мало. Электролиз идет также в движу
щейся эмульсии.
Экспериментальная зависимость удельной электропроводности изу
чаемой эмульсии от концентрации дисперсной фазы (кривая 1) и тео-
950 УКРАИНСКИй химичвскии ЖУРНАЛ, 1983, Т. 49, Н2 9
ретические кривые, полученные Виннером (кривая 2), Релеем (кривая
3) и Бруггеманом (кривая 4) для прямых эмульсий типа масло - вода
[7] представлены на рис. 2. Как ВИДНО из рисунка, экспериментальная
кривая 1 при концентрации дисперсной фазы до 20 °io согласуется с
теоретическими кривыми [7], при более высокой - она отклоняется от
теоретических кривых, что свидетельствует о неупорядоченном распо
ложении частиц в исследуемой эмульсии.
Усгаиовлены оптимальные условия образования эмульсии: объем
дисперсионной среды FeC12 175 мл, концентрация 100 г/л, концентрация
дисперсной фазы 5 о/о; электрохимические факторы dR=40 аjдм2, t=
=20-250, рН 5 - 5,5, время электролиза 15 мин, скорость прокачива
ния эмульсии 0,5 и 0,8 м/с, катод - нержавеющая сталь, анод - плати
новый цилиндр. При этих условиях получены высокодисперсные порош
ки железа, лиофилизированные оленновой кислотой, с разме.рами час
ТИЦ по длине центрального остова 0,2-0,4 мкм; форма частиц - ден
дриты с осями первого порядка (рис. 3, а, б). На размер частиц
металлических порошков существенное влияние оказывает скорость
прокачивания эмульсии. Она не должна превышать скорость образо
вания металлических частиц, но и не должна быть малой, чтобы спо
собствовать агрегации последних. При скорости прокачивания выше
1,25 м/с частицы не успевают образоваться на катоде, а при скорости
меньшей 0,4 м/с образуется губчатый осадок, который налипает на по
верхность катода. Без прокачивания эмульсии высокодисперсные ме
таллические порошки не образуются, на катоде имеется сплошное
губчатое покрытие.
Рентгеноструктурные исследования показали, что полученные при
оптимальных условиях порошки железа не содержат окислов. На ди
фрактограммах порошков имеются рефлексы с межплоскостным рас
стоянием, равным 2,024; 1,79; 1,43; 1,13 А, которые относятся к метал
лическому a-Fe (рис. 4).
Таким образом, для получения высокодисперсныхпорошков метал
лов электроэмульсионным способом необходимым условием является
образование электропроводной эмульсии и непрерывное прокачивание
ее через электролизер со скоростыо, соизмеримой со скоростью образо
вания и роста металлических кристаллов, что позволяет регулировать
дисперсность и форму частиц металлов.
1. Натансон Э. М. Коллоидные металлы.- К. : Изд-во АН УССР, 1959.-99 с.
2. Натансон э. М., Черногоренка В. Б., Полесова В. Н. Взаимодействие маКРОМО ..лекул
натурального каучука и полиизобутилена с высокодисперсными частицами железа
в момент их выделения на катоде.- Коллоид. журн., 1965, 27, N21, с. 70-72.
3. А. с. 308094 (СССР). Способ получения металлических порошков / Т. М. Швец,
В. П. Василенко, э. М. Натансон.-- Опубл. в Б. И., 1971, Н!! 21.
4. А. с. 601078 (СССР). Способ получения органозолей ферромагнитных металлов и
их сплавов и устройство для его осуществления / Ю. И. Химченко, Г. Г. Карюк,
Т. И. Филь, Е. и. ~\ошковскиЙ.- Опубл. в Б. И., 1978, N2 13.
5. А. с. 831873 (СССР). Способ получения органозолей металлов и их сплавов и
устройство для его осуществления / Ю. и. Химченко, Т. и. Филь, г. г. Карюк,
Е. и. l\'10ШКОВСКIIЙ.- Опубл. В Б. 1'1., 1981, Ng 19.
6. А. с. 943330 (СССР). Способ получения органозолей металлов и сплавов / Ю. и. ХПМ-
ченко, О. А. Кацюк, Т. и. Филь.- Опубл. в Б. Н., 1982, Ng 26.
7. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии.-М.: Химия, 1964.-574 с.
8. Абрамзон А. А. Эмульсии.- Л. : Химия, 1972.-364 с.
9. Левин А. Н., Помосов А. В. Лабораторный практикум по теоретической электро
химии.- М. : Металлургия, 1966.-78 с.
Ипститут коллоидной химии И ХИМИИ воды
им. А. В. Думаиского i\.H УССР, Киев
У](РАИНСl(ИИ ХИМИЧЕСКИй ЖУРНАЛ, 1983, т. 49, .N'g 9
Поступила 03.12.82
951
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-182949 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0041–6045 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:14:30Z |
| publishDate | 1983 |
| publisher | Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кацюк, О.А. Химченко, Ю.И. Филь, Т.И. 2022-01-25T20:32:36Z 2022-01-25T20:32:36Z 1983 Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом / О.А. Кацюк, Ю.И. Химченко, Т.И. Филь // Украинский химический журнал. — 1983. — Т. 49, № 9. — С. 948-951. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0041–6045 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/182949 541.18.056 В настоящей статье исследован процесс образования эмульсии, ее устойчивость, электропроводность, а также влияние этих факторов на образование высокодисперсных металлических порошков. ru Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України Украинский химический журнал Электрохимия Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом Conditions for Production of High-Dispersed Iron with Elcctric Emulsion Article published earlier |
| spellingShingle | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом Кацюк, О.А. Химченко, Ю.И. Филь, Т.И. Электрохимия |
| title | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом |
| title_alt | Conditions for Production of High-Dispersed Iron with Elcctric Emulsion |
| title_full | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом |
| title_fullStr | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом |
| title_full_unstemmed | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом |
| title_short | Условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом |
| title_sort | условия получения высокодисперсного железа электроэмульсионным способом |
| topic | Электрохимия |
| topic_facet | Электрохимия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/182949 |
| work_keys_str_mv | AT kacûkoa usloviâpolučeniâvysokodispersnogoželezaélektroémulʹsionnymsposobom AT himčenkoûi usloviâpolučeniâvysokodispersnogoželezaélektroémulʹsionnymsposobom AT filʹti usloviâpolučeniâvysokodispersnogoželezaélektroémulʹsionnymsposobom AT kacûkoa conditionsforproductionofhighdispersedironwithelcctricemulsion AT himčenkoûi conditionsforproductionofhighdispersedironwithelcctricemulsion AT filʹti conditionsforproductionofhighdispersedironwithelcctricemulsion |